Buizenversterkers
De eindtrap
PL504 / PL509

De moderne schkelingen uitgerust met lijneindtrappen kan je hier terugvinden.
-

-

De historische versterkers uitgerust met lijneindtrappen zal je hier tegrugvinden.

Alle grote landen hebben kleurentelevisies gebouwd met specifieke buizen voor de lijnafbuiging. Voor toepassingen met hoogspanning en hoog vermogen was men toen nog aangewezen op buizen, voor lagere vermogens kon men al transistoren gebruiken. Deze buizen zijn stevig gebouwd en uiterst betrouwbaar, en gebruiken daarom een magnovalvoet (zo'n voet zal je niet vaak aantreffen in normale audioversterkers, men was toen bezig aan de overgang naar transistoren).

Links: principeschakeling van een 150W versterker met een paar EL509 (originele versie met magnovalvoet). Om zo'n hoog vermogen te kunnen leveren moet men werken met een anodespanning van 700V en enkel de originele buizen met anodekap kunnen zo'n spanning aan. De volledige schakeling wordt in detail besproken onderaan de pagina.

We hebben eerst een versterker/comparator gevolgd door een cathodevolger, waar men een ECC83 kan gebruiken. De stuurtrap is een long tail (mullardschakeling) met ECC82 die een hoge sweep mogelijk maakt.

De g2 spanning bedraagt 150V en moet gestabiliseerd worden (verplicht bij zo'n hoge anodespanning).

De europese PL509/PL519 is ook gekend onder het typenummer 6KG6 (met een gloeispanning van 6.3V) of 40KG6 (gloeistroom van 300mA en spanning van 40V). De russische versie van de buis is 6P45S.



Rechts een kleine monobloc versterker die volgens de maker 170W kan leveren (ik denk eerder 120W hifi vermogen vanwege de anodespanning van 490V). Zo'n hoog vermogen kan bereikt worden door het hoog rendement dankzij de speciale constructie van de buis (een beam tetrode waarvan de wikkelingen van het schermrooster in het verlengde van die van het stuurrooster liggen). Het is daarom dat deze buizen nog altijd veel succes hebben: commerciele versterkers worden meestal uitgerust met "gewone" EL34, terwijl de kenners de voorkeur geven aan beam tetrodes.

Deze versterker vertoont veel gelijkenissen met de volgende schakeling op deze pagina, dit is de russische versie van de versterker.

De eerste triode is een 6N2P die vergelijkbaar is met een ECC83, maar niet pin-compatibel is. De gloeispanning is ook 6.3V want de twee gloeidraden zijn parallel geschakeld. De triode is als spanningsversterker geschakeld met een tegenkoppeling op de cathode. De cathodeweerstand van 820Ω mag overbrugd worden door een elko van 100ĶF.

De tweede buis is een 6N1P die kwa eigenschappen geplaatst kan worden tussen de ECC81 en ECC82. Dit is een ideale buis om zware vermogensbuizen te sturen die een grote sweep nodig hebben, want de buis is zeer lineair. De buis wordt hier als een klassieke long tail schakeling gebruikt met een trimmer om de gelijkloop tussen beide uitgangen gelijk te krijgen. Het werkpunt van de twee triodes hangt af van het werkpunt van de voortrap want we hebben een directe koppeling.

Als vermogenbuizen worden er twee 6P45S gebruikt die vergelijkbaar zijn met de amerikaanse 6KG6 of de europese PL519 (maar met een gloeispanning van 6.3V). De hoogspanning bedraagt 490V en de schermroosterspanning 155V (gestabiliseerd door een stabilisatorbuis (veredelde neon lamp). Men kan de neonlamp vervangen door een reeks zenerdiodes om tot de correcte spanning te komen, er moet dan een condensator van 0.1ĶF bijgeplaatst worden om de dioderuis te onderdrukken.

De stabilisatie van de schermroosterspanning is belangrijk want de anodestroom hangt sterk af van die spanning. De anodestroom hangt slechts in beperkte mate af van de anodespanning, die in grote mate kan variŽren. Een verandering van de anodespanning heeft weinig invloed op de instelling van de buis, maar bepaalt wel het beschikbaar vermogen.

De negatieve polarisatiespanning van het stuurrooster is ook gestabiliseerd. De waarde van deze stuurroosterspanning om tot de correcte anodestroom te komen hangt af van de schermroosterspanning. De ruststroom wordt ingesteld op 60mA per buis om het maximaal vermogen te halen. De buizen werken nu gedeeltelijk in classe A bij laag vermogen. De anodedissipatie in rust is 30W per tetrode, wat onder de limiet van 35W is als de buis in een lijneindtrap gebruikt wordt. De dissipatie mag wat hoger liggen als de buis in een lineaire toepassing gebruikt wordt.

De PL519 (en equivalenten) hebben de neiging om hoogfrekwent te gaan oscilleren (Barkhausen). Deze hoogfrekwente trillingen zijn niet hoorbaar, maar kunnen het rendement van de versterker naar beneden halen (en eventueel de tweeters doorbranden). De hoogfrekwente trillingen kunnen ook in de tegenkoppeling terchtkomen en de werking van de volledige versterker verstoren. Er is nergens een condensator naar massa van ongeveer 100pF om deze oscillaties te onderdrukken (de condensator zit normaal tussen de anode van de eerste trap en de massa). Er is wel een condensator van 47pF die de oscillaties nog kan versterken.

Om deze oscillaties tegen te gaan kan men het kader (het keerrooster van een normale pentode) aan een spanning van +20V zetten (de gloeispanning door een spanningsdubbelaar sturen en filteren). Daarom dat de electrode apart naar buiten is uitgevoerd. Men heeft dus een 6GB5 (EL504 met 5 electrodes: gloeidraad, cathode, g1, g2 en anode), maar een 6KG6 met 6 electrodes. De EL504 heeft geen oscilleerneigingen.

Compacte 150W versterker

Een versterker uitgerust met een paar EL509 (originele generatie, met anode-aansluiting boven de buis) kan een zeer hoog vermogen leveren. Dit hoog vermogen wordt mogelijk gemaakt door de stabilisatie van de schermroosterspanning op 150V. De anodespanning bedraagt 700V en dit wordt bereikt door een voedingstransfo met 250V secundaire spanning dat verdubbeld wordt (men kan ook een transfo gebruiken met middenaftakking 250 + 250V, deze transfo's werden veelvuldig gebruikt in buizenversterkers met gelijkrichterbuis). Voor het gemak worden er hier 3 verschillende transfo's gebruikt.

De versterker is weinig gevoelig voor brom en spanningsvariaties: het is de schermroosterspanning (en de stuurroosterspanning) die voor de instelling van de versterker zorgt.

De eerste triode wordt als spanningsversterker gebruikt en de tweede als cathodevolger (ECC83). Echt nodig is dit niet, want de volgende trap is een long tail schakeling die een redelijke hoogohmige ingang heeft.

De tweede buis is een ECC82 die de eindtrappen stuurt. Deze buis heeft een lage spanningsversterking waardoor de anodeweerstanden sterk verschillend moeten zijn.

De instelling van de roosterpolarisatie is eenvoudig, met ťťn enkele stereo instelpotmeter. De exacte anodestroom is niet belangrijk, als er ten minste voldoende gelijkloop is. De versterker wordt dan ook ingesteld zodat de cathodespanningen over de meetweerstand identiek zijn. De cathodestroom in rust bedraagt tussen 15 en 30mA (dissipatie in rust per buis van 21W).

Dit is een versterker die gemaakt is om een hoog vermogen te leveren zodat nagenoeg alle luidsprekers aangestuurd kunnen worden. De geluidskwaliteit is daarbij uitstekend, maar de bandbreedte is bewust aan de onderkant beperkt om niet nodeloos energie in de zeer lage frekwenties te verliezen.

Een kenmerk is de stabilisatie van de schermroosterspanning door middel van een triode-tetrode ECL82 of 6BM8. Dit is een buis die ontworpen werd als audio versterker (goedkope platenspelers), maar ook om gebruikt te kunnen worden in de verticale afbuiging van televisies. De buis kan daardoor werken met een relatief hoge anodespanning van 600V ten opzichte van de cathode.

In plaats van een ECL82 te gebruiken kan men eventueel ook een PCL805 of ECL805 gebruiken, deze buizen zijn specifiek ontworpen voor de ransterafbuiging en kunnen ook op een zeer hoge spanning werken en zijn waarschijnlijk gemakkelijker te vinden. De spanningsstabilisatie is voor ťťn kanaal, ieder kanaal moet zijn eigen schakeling hebben.

De schakeling kan ook gemakkelijk aangepast worden zodat de versterker met een anodespanning van 350V werkt en de cathode op -350V zit voor de eindtrappen. De voortrappen werken dan allemaal op 350V en er is geen weerstand van 200k nodig om de spanning voor de voortrappen te doen zakken. De schermroosterspanning moet dan ingesteld worden op -200V, maar dat heeft ook als gevolg dat de stabilisatorbuis (met anode aan de massa) slechts 350V te verwerken krijgt.

Een schakeling voor de stabilisatie van de schermroosterspanning staat hier.

Een hybrideschakeling met transistoren en lijneindtrappen staat hier.

En nog een schakeling met de russische versie van de PL519 (6P45S)

Deze versterker gebruikt twee opeenvolgende fase-omkeertrappen in long tail configuratie. Beide triodes gedragen zich als differentiŽle versterkers. Een perfekte differentiŽle versterker (op amp) is enkel mogelijk als men een stroombron aan de cathode gebruikt. Dit kan enkel benaderd worden door een hoogohmige weerstand te gebruiken, maar dit heeft als gevolg dat het uitgangssignaal beperkt is in amplitude en onvoldoende vermogen kan leveren om een zware eindbuis aan te sturen.

Als constante stroombron wordt hier een transistor met een emitterweerstand gebruikt. Als de basisspanning op een vaste spanning gehouden wordt, dan gedraagt de transistor zich als een stroombron. Maar in plaats van de basis aan een vaste spanning te leggen zal men hier een spanningsdeler gebruiken die de spanning aan de anodekring van beide triodes aftapt, zodat de anodespanning op een gemiddelde waarde zit om een maximale uitsturing mogelijk te maken.

De eerste en tweede buis werken in differentiŽle modus, maar met verschillende werkpunten. We hebben hier te maken met een echte op-amp constructie, waarbij het signaal dat versterk moet worden aan de eerste triode aangeboden wordt en het feedback signaal aan de tweede triode aangeboden wordt. Indien men geen differentiŽle versterker gebruikt wordt de feedback normaal gezien aangeboden aan de cathodeweerstand.

Deze schakeling is een praktische toepassing van de super mullard schakeling.

De 6N8S is een russische buis die door een ECC82 vervangen kan worden (zonder verandering van de weerstanden). De 6P45S is de russische versie van de PL519 maar werkt met een gloeispanning van 6.3V. Electrisch gezien is die redelijk compatibel met de EL509.

De versterker levert 50W (DIN), maar kan meer dan 100W muziekvermogen leveren. De primaire impedantie van de outputtransformator moet 3.5kΩ bedragen. De schermroosterspanning moet 175V bedragen. Alle buizen die oorspronkelijk ontworpen werden als lijneindtrap werken met een relatief lage g2-spanning.

Parasitaire oscillaties kunnen ontstaan in de eindbuizen. Ze worden veroorzaakt door kleine capaciteiten in de bedrading, vooral rond de eindbuizen, daar waar er grote wisselspanningen optreden. Eindbuizen die niet gepaard zijn kunnen ook hoogfrekwente oscillaties veroorzaken. Deze buizen die een vermogensbandbreedte hebben die tot 30MHz loopt hebben de neiging te gaan oscilleren, zelfs al is de schakeling zo goed mogelijk ontworpen. De oscillaties kunnen onderdrukt worden door een kleine condensator van een tiental pF te plaatsen tussen de anode van de eindtrap en de anode van de stuurtrap (uit te voeren bij beide eindbuizen).

De roostervoorspanning van de ECC83 is zo laag (-2.0V bij een anodespanning van 215V en een anodestroom van 0.78mA) dat de transistor die voor de constante stroombron moet zorgen bijna in saturatie getrokken wordt (ik heb een simulatie gedaan). Ue = 0.52V, Ub = 1.15V, Uc = 2V.

Voor de tweede trap met de 6N8S is het nog erger (curven staan links). De simulatie geeft een stroom van 4.1mA per triode, maar daarvoor heb je een roostervoorspanning nodig van -8V. Maar een stroom van 8mA in de emitterweerstand veroorzaakt een spanningsval van 8V in de emitterweerstand. De simulatie geeft: Ue = 8.12V, Ub = 8.75 et Uc = 8.2V. Hier wordt de transistor volledig in saturatie gestuurd en van regelgedrag is er geen sprake.

Het probleem wordt verminderd als men een ECC82 gebruikt. Deze buis heeft een voorspanning nodig van -10V: dan heb je een spanning van 2V tussen emitter en collector. Waarschijnlijk komen de parameters van de russische buis niet meer overeen met de gegevens in de data sheet.

Het had beter geweest als de ontwerper de negatieve voorspanning van de eindtrappen gebruikt om de transistor te voeden via zijn emitterweerstand. De negatieve voorspanning kan met een zener gestabiliseerd worden op -12V (door de hoge spanningsval die nodig is kan men geen 7912 gebruiken). Of men kan de 6.3V gloeispanning naar een spanningsverdubbelaar sturen en de spanning stabiliseren op -9V (benodigde stroom ongeveer 25mA).

Publicitťs - Reklame

-